A7.2 なぜ我々は眠るのか? 1 我々は皆 睡眠欲がいかに強いものとなりうるのか それに抗して起きていなければならない場合 いかに不快であるか 良く解っている 激痛の影響と呼吸の必要性を除いて 眠気はおそらく 我々が経験しうる最も強い衝動である 飲食を拒絶することで自殺することはできるが 最も自制心の強い人であっても眠りたいという衝動にずっと逆らうことなどできない 遅かれ早かれ またどれほど起きていようと必死になっても 睡眠は訪れる この問題はいまだ解決されていないが 研究者の多くは徐波睡眠の主たる機能が脳を休ませることであると考えている 徐波睡眠の機能 2 睡眠は脊椎動物間で普遍的に見られる現象である 我々の知る限り 全ての哺乳類および鳥類は睡眠する 爬虫類もまた睡眠するし 魚類や両生類もおそらく睡眠と呼びうる静止状態の期間に入る しかし 恒温動物 ( 哺乳類と鳥類 ) のみが筋肉の麻痺 非同期性の EEG( 脳波 ) 信号 そして急速眼球運動を伴う明確な RME 睡眠を示す フラミンゴのような鳥は片足でたたずみながら眠るのだが 立ち続ける際に使う筋肉の緊張状態を損なっていないことは明白である またモグラのような動物は 起きている間も目はほとんど動かない一方で 眠っている間でも眼球運動の徴候を示している REM 睡眠の機能は後のセクションで別に論じよう 3 睡眠は生存にとって必須に思われる この主張の根拠は 睡眠なしの方がより良い状態であると思われる哺乳類でも 睡眠が見られるという事実に起因する 例えば インダスカワイルカは パキスタンのインダス川河口の 泥だらけの水中に生息している このイルカは進化の過程を経て視力を失った これはおそらく 視力がこの動物の環境では役に立たないためである ( このイルカは優れたソナーシステムを有しており イルカはこれを用いて水中を移動し 餌を見つける ) しかし 睡眠による危険にかかわらず この種でも睡眠は消えていない インダスカワイルカは泳ぐことを止めない 泳ぐことを止めてしまうと モンスーンの季節の間 危険な水流や川によって運ばれる膨大な量のごみのせいで けがを負うことになる Pilleri は 2 頭のイルカを捕らえてその習性について研究した 彼はイルカが 4-60 秒の短い居眠りを繰り返し 1 日で総計 7 時間眠ることを見つけた もし睡眠が単なる適応反応であるなら 視力を失ったように 自然選択の過程でなぜ睡眠が失われなかったのだろうか
4 海洋哺乳類の中には 驚異的な睡眠パターンを発達させてきたものがある 大脳半球が交替で眠るのである これはおそらく そうすることにより常に少なくともどちらか一方の半球が注意を怠らないようにしておくためであろう 加えて 活動している半球と反対側の目は開いたままである バンドウイルカやネズミイルカはともにこのようなやり方で眠っている 図は 2 つの半球から記録した脳波を示している 徐波睡眠が左半球と右半球で独立して生じていることに注目されたい 睡眠不足の影響 5 一晩睡眠なし と強制されると 非常に眠たくなる 眠気が非常に強い衝動であるという事実は 睡眠が生命にとって必須であることを示唆している もしそうなら ヒトまたは実験動物に睡眠を与えないことで どんな機能が損なわれるのかを観察することができるはずである しかし 睡眠遮断研究についての結果は 研究者が当初望んでいたほど明らかになっていない ヒトを用いての研究 6ヒトの被験者を用いた睡眠遮断実験からは 睡眠が体の機能を通常に保つ上で必要であるという説得力のある根拠が得られてきた Home (1978) は 睡眠を遮断したヒトを用いた 50 を超える実験について概説した 彼の報告によると 睡眠を遮断された人の多くについて 睡眠遮断により身体的な運動を行う能力が損なわれるはなかったということだった さらに これらの研究では睡眠遮断に対する生理的ストレス反応の証拠は見つからなかった したがって 睡眠の基本的な役割は体を休め回復させることにあるわけではないようである しかし ヒトの認知能力は影響を受ける すなわち 知覚的な歪みや幻覚まで報告する人もおり また 精神的な仕事に集中するのが困難になった人もいた おそらく睡眠は脳に休息を取る機会を与えるのである 7 睡眠を遮断された被験者が再び睡眠することを許されると 何が起きるか? 多くの人は次の夜 あるいは二晩 睡眠時間が長めになるが 失った分の睡眠時間全体を回復することはない 最も顕著な一例では 17 歳の少年が 264 時間置き続けた例がある これはギネスブックに世界記録として載せられている (1966) このような厳しい体験の後 その少年は 15 時間足らずしか睡眠せず 気分よく目覚めたのであった 2 日目の晩は 10 時間ちょっとほど眠り 3 日目の晩は 9 時間足らずの睡眠であった ほぼ 37 時間分は埋め合わされることはなかった しかし 回復の割合は睡眠の前段階で同じではなかった 第 1 2 段階のたった 7% しか埋め合わせされなかったのに対し 第 4 段階の徐波睡眠は 68% REM 睡眠は 53% も埋め合わされた 他の研究でも同じような結果が示されている このことは 第 4 段階の睡眠と REM 睡眠が他の段階よりも重要であることを示唆している
8 徐波睡眠の考えられる機能について 我々の知るところはどのようなものか? そして 極めて重要などんな事が生じるのか? 大脳の代謝率および血流量は 徐波睡眠中に減少し 第 4 段階の睡眠中に 起きている際のレベルの 75% になる 特に 起きている間に最も活動レベルの高い領域は デルタ波について最も高いレベルを示す一方 徐波睡眠時に代謝率は最も低いレベルを示す したがって 脳の特定の領域で徐波活動が見られることは その領域が休息していることを示すように思われる 行動観察の結果から分かるように ヒトは徐波睡眠時には強い刺激にしか反応しない また もし起きていても 意識がもうろうとしたり混乱したり あたかも大脳皮質が活動を中止して その機能を再開していないかのような行動をする 加えて いくつかの研究が示すところでは 一晩睡眠しないと認知能力が損なわれる すなわち おそらく 脳が最大効率で機能するためには 睡眠が必要である これらの観察結果は 第 4 段階の睡眠時に 脳は実際に休息していることが示唆している 9 手元にある根拠は実際に 脳が起床時の活性に伴う副作用から回復するために 定期的な休息を必要としていることを示唆している しかし 副作用の本質はどのようなものか? Siegel(2005) は 起床時における脳の活動に伴う高い代謝率によって産生される老廃物の一つにフリーラジカルがあることを示唆している フリーラジカルは少なくとも一つの非対電子をもつ化学物質である フリーラジカルは反応性の高い酸化剤である すなわち フリーラジカルは他の分子からの電子と結合することができる また フリーラジカルが存在する細胞に損傷を与えることができる この過程は酸化ストレスとして知られているものである 徐波睡眠時には 代謝率が低下していることで 細胞内の回復機構がフリーラジカルを破壊し その損傷効果を妨げることができるのである 実際 Ramanathan et al. (2002) は ラットを用いて 睡眠遮断が長くなると脳内のフリーラジカルが増加し 酸化ストレスが引き起こされるという根拠を見出した 10Schenkein and Montagna (2006a, 2006b) は 致死性の家族性不眠症の一症例と診断された男性のケースについて解説している この病気では 通常 12 か月以内に死亡する この疾患により親戚の何人かが亡くなってきたため この男性は今後予測されることについて知っていた そして 数人の医師の助けを得て 睡眠を補助するよう計画された薬や治療を管理していた 数ヶ月の間 処置によって彼は睡眠することができ 予想されていたよりも一年長く生存した 彼の生存が長くなったのは 睡眠時間が増えたことの直接的な結果であるのか決定するには 更なる研究が必要であろう いずれにしても 病気にかかっていた時期のほとんどで 彼の QOL は大きく改善されたのだった 動物実験を用いた研究 11Rechtchaffen および共同研究者らは 継続的な運動を強いることなく ラットの睡眠を妨 げる方法を開発した ( 対照群の動物は実験群と同じ程度の運動をするが 通常量の睡眠
に入ることができるようにした ) 12 睡眠遮断は深刻な影響をもたらした 対照群の動物は全く健康なままであった しかし 実験群の動物は 体調を崩したようで 毛皮のグルーミングをやめてしまった 体が弱ってしまい ぎこちなく 体温を調節する能力を失ってしまった 通常よりも多くの食餌を摂取し始めたが 実験群の動物の代謝率は極めて高くなったため 体重は一貫して減少した 最終的に 実験群のラットは死んでしまった 死因はいまだよく分かっていない これらのラットの脳は通常のように見え 他の内臓でも炎症や損傷についての目立った兆候はなかった ストレスホルモンのレベルは異常なほど高いわけではなかったので 単なるストレスによって死んだというわけではないであろう 高カロリー食を与え 増加した代謝率を補った場合は ラットは長生きしたものの 最終的には死んでしまった 12ちょうど見てきたように 致死性家族性不眠症と呼ばれる神経変性疾患の症状はラットで強制的に睡眠遮断した際の効果と似ている Budka et al. (1998) は 他の類似点について報告している 彼らは致死性家族性不眠症の 5 人の患者について研究した この患者らは 不眠症とともに記憶喪失や自律神経障害を持っており 顕著な低体重を示していた 徐波睡眠に対する運動の効果 13ヒトを用いた睡眠遮断研究が示唆するところは 脳は日々の活動から回復するために 徐波睡眠を必要としているのであろう ということだ 生理的機能を回復するために睡眠が必要かどうかを決定する方法として他には 日中の活動が夜間の睡眠に与える効果について調べる というものがある 睡眠の機能が起床時の身体活動の総体に対する効果を修復することにあるならば 睡眠と運動とは関連していると考えるべきであろう すなわち 激しい運動をした日のあとは 事務室の机の前で静かに過ごした日よりも長く眠るべきである 14しかし 睡眠と運動との関係性はそれほど説得力のあるものではない 例えば Ryback と Lewis (1971) は 6 週間ベッドで休んで過ごしていた健康な人でも徐波睡眠や REM 睡眠に何ら変化がないことを見出した もし睡眠が損傷を修復するならば これらの人たちの睡眠は減ると予想されるだろう Adey, Bors, and Proter (1968) は ほとんど動くことができない四肢麻痺や対麻痺の人たちの睡眠を研究し 健常な人と比較して 徐波睡眠が若干減少するに過ぎないことを見つけた したがって 睡眠はおそらく体に休息をもたらすものの その主要な機能はどこか別のところにあると思われる 徐波睡眠に対する脳の活動の影響 15もし徐波睡眠の主たる機能が 脳を休めて日々の活動からの回復をもたらすことにあるならば 大脳が活発に活動した日のあと 徐波睡眠により多くの時間を割くことが考えられるだろう 注意力や精神活動を必要とする仕事は 脳でのグルコース代謝を増進する 最も
顕著な増進は前頭葉で見られる この領域では 徐波活動が non-rem 睡眠時に徐波活動がもっとも激しい この考えを支持する実験において Huber et al. (2004) は被験者に対して 睡眠に入る前に運動学習作業を課した この作業において被験者は 視覚表示により支持された方向に動くことが求められた 睡眠時 被験者の新皮質では 徐波活動の増進が見られた この領域は 作業を行っている間 活発であった おそらく これらの皮質のニューロンで活動が増進したことで 続く夜間睡眠の間により休息が必要となったのだろう Huber et al. (2006) の続く研究では 12 時間腕を固定すると正反対の結果が生じることが分かった すなわち 睡眠時に 新皮質の領域で徐波活動が減ったのだった 新皮質はその腕から体性感覚情報を受け取り 動作を制御する領域である 16Home and Minard (1985) は精巧な研究により 身体的な活動やストレスを引き起こすことなく 精神的な活動を増強する方法を見つけた 彼らは被験者に対しある実験に参加するよう話した 被験者はその実験で 読書能力を図るよう設計された何らかのテストを受けると考えていた しかし被験者が参加すると 計画は変更されたと聞かされたのだった 被験者は研究への参加費をもらった上で 一日外出に招待された ( 驚くまでもなく 被験者はこれを喜んで受け入れた ) 被験者はその日を展示会 ショッピングセンター 博物館 遊園地 動物園 面白いお屋敷に行ったりなどして時間を過ごした 田園地帯を通っての景色のいいドライブの後 彼らは地方の映画館で映画を鑑賞した 彼らは車で次々に場所を移動したので もちろん 運動によって過度に興奮したわけではなかった 映画が終わった後 被験者は睡眠の研究施設に戻った 彼らは疲れたと言って すぐに眠った 彼らの睡眠持続時間は普通と同じであった また リフレッシュしたと感じて目覚めた しかし 彼らの徐波睡眠 特に第 4 段階は 長くなっていた こういったあらゆる精神的な刺激のあとでは 脳は通常より長い休息が必要だと訴えるのである REM 睡眠の機能 17REM 睡眠が激しい生理的活動の時間であることは明らかだ 目は極めて早く動き 心拍数は急激に上昇したり下降したりする 呼吸は不規則になり 脳はより活発になる REM 睡眠が徐波睡眠と同じ機能を担っていると考えるのは 理にかなったものではないだろう REM 睡眠遮断の効果に関する初期の報告によると 遮断が進むと 被験者は REM 睡眠からより頻繁に目を覚まさなければならなかった すなわち REM 睡眠に入るという圧力がかかるのだった 加えて REM 睡眠を遮断して数日後 通常通り睡眠することが許されると 被験者は反発現象を示した つまり 回復期の夜では 通常よりもより多くの割合を REM 睡眠に費やしたのだった この反発現象は ある程度の量の REM 睡眠が必要であることを示唆している 選択的な睡眠遮断によって REM 睡眠が不足したならば 中断なく睡眠をとることが許された際 この不足分は後に埋め合わされる
18 研究者は長い間 REM 睡眠の割合が最も多くなるのは 脳の発達が最も活発な段階で見られる という事実に悩まされてきた そこで おそらく REM 睡眠はこの過程に何らかの役割を果たしているのだろう 十分に発達した脳を持って生まれてくる動物の新生児は 毎日の中で REM 睡眠に割く時間がそれほど長くない 反対に フェレットはあまり発達していない脳のまま生まれてくるのだが 毎日 REM 睡眠に約 6 時間も費やす ヒトもまた 脳が未成熟なまま生まれてくる ヒト胎児および未成熟な状態で生まれた新生児に関する研究が示すのは REM 睡眠は妊娠後 30 週で現れ始め 40 週付近でピークに達するということである 新生児の睡眠のおよそ 70% が REM 睡眠である 生後 6 か月までに この割合はおよそ 30% にまで減少していく 8 歳までには 約 22% にまで落ち込み 成年期後半までには 15% 以下になる 脳の発達と REM 睡眠との間に何らかの相関があるのは明らかだ 19しかし REM 睡眠の機能が脳の発達を促すということならば なぜ成人が REM 睡眠をするのか?1 つの可能性は REM 睡眠が発達の間に起こる脳内での大きな変化を促すだけでなく 人生のより後の段階で生じる学習 記憶を担うような より緩やかな変化も促している ということがある 睡眠と学習 20ヒトおよび実験動物を用いた研究から 睡眠は脳を休息させる以上のことをしている ということが示されている すなわち 長期記憶の強化を助けるということもしている 実際 徐波睡眠や REM 睡眠は記憶の強化に異なる役割を果たしている 21 長期記憶には大きく 2 つの分類がある 宣言記憶と非宣言記憶である 宣言記憶には人が語ることのできるもの 例えば 人生における過去のエピソードの記憶などが含まれる この中には 刺激どうしや出来事どうしの関係に関する記憶 例えば 目印となる建物との関係性によって 自分の生活環境を案内することができる といったことも含まれる 非宣言記憶には 必ずしも情報を記憶しようという努力が必要ない 経験や実践を通して得られた記憶が含まれる 例えば 車の運転の仕方や ボールを投げたり取ったりすること 人の顔を認識する といったことである 研究によって 徐波睡眠や REM 睡眠は宣言記憶や非宣言記憶の強化に異なる役割を果たしていることが分かってきた 22 この研究の結果について話す前に 睡眠の各段階に入っている人の意識について総括しておこう REM 睡眠時には 人は通常 高いレベルの意識を保っている REM 睡眠にある人を起こすと 覚せいして意識明瞭となり ほとんどすべての場合において 自分の見ていた夢の詳細について語ることができる しかし 徐波睡眠中の人を起こすと 意識が朦朧 混濁して よく 何も起こっていないと話す では 宣言記憶や非宣言記憶の強化を助けるのは 睡眠のどの段階だと思うだろうか?
23 記憶の強化に対するうたた寝の効果を調べた 2 つの研究において示された根拠について見ていこう Mednick, Nakayama, and Stickgold (2003) は被験者に対して 非宣言視覚弁別課題を午前 9 時に課した そして課題をこなす被験者の能力を 10 時間後の午後 7 時にテストした 被験者の一部は 練習とテストとの間の日中に 90 分のうたた寝を取った 研究者は 寝ている被験者の脳波を記録して 誰が REM 睡眠に入ったか 誰が入っていないかを決めた その結果 うたた寝をしなかった被験者の作業能力は 午後 7 時にテストした際 練習終了時と比較して悪くなったことが分かった 徐波睡眠に入っただけの被験者はテストの際 練習終了時とほぼ同じであった しかし REM 睡眠に入った被験者の作業能力は目立ってよくなった ここから REM 睡眠は非宣言記憶の強化を大きく促進したと言える 242 つ目の研究として Tucker et al. (2006) は被験者に 2 つの作業を練習させた 宣言課題 ( 組にした単語のリストを記憶する ) と非宣言課題 ( 鏡にうつされた紙を見ながら 鉛筆で紙上に書かれたデザインを模写する ) というものである その後 被験者の一部は約 1 時間にわたってうたた寝することが認められた 彼らの脳波は記憶され REM 睡眠に入る前に起こされた 2 つの課題についての被験者の作業能力は 最初の練習から 6 時間後にテストされた その結果 起きたままであった被験者と比較して 徐波睡眠だけのうたた寝は 宣言課題の作業能力を向上させた一方 非宣言課題の作業成績には影響を与えなかったことが分かった 25 この話題について 最後にもう一つ実験を挙げておく Peifneux et al. (2004) は被験者に対し コンピューター上の仮想現実の町での道を記憶させた この課題は実際の町で道を記憶する際に人がすることと極めて似ている 目印となる建物の相対的位置やそれらをつなぐ道を記憶しなければならない それにより 実験者が被験者を様々な出発地点に 置いた 際 被験者は特定の位置を見つけることができるのだ この手の記憶において 海馬は重要な役割を果たしている Peigneux と共同研究者は機能的脳画像を使って 脳領域の活動を計測し 道の記憶の際とその後の夜での徐波睡眠時とで 海馬の同じ領域が活性化されていることを見出した これらのパターンは REM 睡眠の際には見られなかった したがって 徐波睡眠時に起こされた人が夢を見ていたと報告することはあまりなかったとはいえ 睡眠中の脳は前日に得た情報を復習しているのである 26 動物実験を使った多くの研究では 脳内の個々のニューロンの活動を直接記録している これらの研究もまた 脳は新しく記憶した情報を徐波睡眠中に復習していることを示している 設問 1 4 設問 2 2 設問 3 16
設問 4 4 設問 5 12 設問 6 11 設問 7 16